ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ И ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ФИБРОБЕТОНА

Аннотация. Было исследовано влияние трех видов фибр (поливинилспиртовая ПВС, стальная, углеродная) на прочностные характеристики фибробетонных конструкций при циклах замораживания-оттаивания ЦЗО. Были получены три диаграммы зависимости прочности на сжатие от количества фибры и циклов замораживания и оттаивания, в которых мы можем наглядно увидеть поведение фибр при ЦЗО.

В холодных регионах большое количество бетонных конструкций повреждается из-за длительных циклов замораживания и оттаивания, серьезно влияя на срок службы и безопасность бетонных конструкций, вызывая экономические потери. Таким образом, повышение морозостойкости бетона способствует повышению долговечности бетонных конструкций.

Целью данной работы было определение влияния вида фибры на несущую способность фибробетонных конструкций в условиях низких и знакопеременных температур. Для достижения требуется анализ.

Было исследовано влияние различных видов фибр на прочностные характеристики фибробетонных конструкций при циклах замораживания-оттаивания.

Согласно статье [8] поливинилспиртовые ПВС волокна могут уменьшить дефекты бетона, повышают трещиностойкость и жесткость, для улучшения характеристик бетона в условиях низких температур.

В статье [7] был сделан вывод, что добавление стальных волокон не только повышает прочность бетона на раскалывание, но и препятствует его разрушению. Данное исследование позволяет эффективно использовать ту или иную фибру при различных задачах, таких как, повышение морозостойкости, повышение несущей способности в условиях низких температур, а также, эффективным понижением экономических потерь.

Ключевые слова: Фибробетон, сталефибробетон, циклы замораживания и оттаивания, морозостойкость, бетон.

Введение

Бетон является самым широко используемым материалом в современном строительстве, но у него есть недостатки, которые ограничивают его использование в холодных регионах. Целью данной работы было определение влияния вида фибры на несущую способность фиробетонных конструкций в условиях низких и знакопеременных температур для решения проблем с долговечностью. В условиях низких температур одним из способов повышения долговечности бетонных конструкций является фибра. Рассмотрим работу трех видов фибры на сжатие при влиянии различных циклов замораживания и оттаивания.

Фибробетон

Фибробетон – бетон, армированный равномерно распределенными в его объеме фибрами, имеющими сцепление с бетоном по их поверхности [5].

Фибробетон по сравнению с обычным бетоном имеет устойчивость к резким перепадам температуры. Изделия из фибробетона имеют такие свойства как водонепроницаемость, жаропрочность и морозоустойчивость.

Фибра для бетона условно различается на металлическую и неметаллическую фибру [4].

В условиях низких температур одним из способов повышения долговечности бетонных конструкций является фиброволокно. К достоинствам фибробетона относятся его высокие эксплуатационные характеристики, так как бетон, армированный фибрами, намного превосходит обычный по качеству, прочности и долговечности. Изделия из фибробетона приобретают устойчивость к истиранию и химическому воздействию, в процессе эксплуатации не деформируются, и также имеют высокую прочность на разрыв и растяжение. Свойства фибробетона напрямую зависят от того из какого материала сделано фиброволокно. [2]

Стальная фибра повышает прочность на растяжения и разрыв. В бетоне со стальной фиброй снижается усадка материала, соответственно, снижается возможность возникновения трещин, также, повышается морозостойкость, жаропрочность и водонепроницаемость [4]. Данные свойства стальной фибры позволяют увеличить показатель модуля упругости бетона [3].

Фибра из синтетических волокон (полиэтилен, полипропилен и др.) повышает устойчивость бетона к химическим воздействиям, высоким температурам, снижается электропроводность, также, уменьшается вес конструкций за счет изменения сечения при неизменных прочностных показателях [4, 1].

Стекловолокно влияет на пластичность бетона, за счет высокого модуля упругости, но данный вид фибры неустойчив к щелочной среде бетона, поэтому приходится пропитывать бетон полимерными веществами и веществами, которые связывают щелочи. Но в итоге, благодаря стекловолокну, получается материал, обладающий высоким ударным сопротивлением, температурным и химическим воздействиям, сопротивлению к воздействию влаги и истиранию [4].

Исходные данные

Основой для исследования были данные из статей [8, 7, 6]. В статьях проводятся лабораторные исследования на влияние ПВС, стальной и углеродной фибры подверженных ЦЗО. Содержание фибры и расход компонентов представлены на таблицах 1,2,3

Таблица 1.

Содержание ПВС фибры и расход компонентов

Таблица 2.

Содержание стальной фибры и расход компонентов

Таблица 3.

Содержание углеродной фибры и расход компонентов

Результаты и анализ

Из рисунка 1 видим, что прочность на сжатие обычного бетона постепенно снижается по мере проведения испытаний на ЦЗО, но прочность на сжатие бетона, смешанного с ПВС фиброй, сначала увеличивается, а затем снова снижается.

Рисунок 1. Прочность на сжатие бетона с различным содержанием ПВС фибры при разных циклах замораживания-оттаивания

На рисунке 2 показано, что добавление стальной фибры в бетон при ЦЗО увеличивает прочность на трехосное сжатие. Однако при увеличении содержания стальной фибры до 2,0% прочность бетона на трехосное сжатие снижается, поскольку избыток стальной фибры вызывает небольшое количество агломерации.

Рисунок 2. Прочность на сжатие бетона с различным содержанием стальной фибры при разных циклах замораживания-оттаивания а) SF0, b) SF10, c) SF20

На рисунке 3 показано, что добавление углеродной фибры в бетон может сначала снизить прочность на сжатие, а затем привести к ее увеличению, что приведет к максимальной прочности на сжатие при содержании углеродного волокна 1,50‰, что в 1,11 раза больше, чем у обычного бетона.

Рисунок 2. Прочность на сжатие бетона с различным содержанием стальной фибры при разных циклах замораживания-оттаивания

Заключение

Сравнивая виды фибры нельзя сделать точный вывод о преимуществах одного вида фибры над другими. Каждый из рассмотренных видов фибры эффективно увеличивает прочность бетона, по сравнению с бетоном без добавления фибры. Таким образом, к вопросу выбора фибры при низких температурах надо подходить комплексно, учитывая все особенности работы самой конструкции.